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双天线干涉合成孔径雷达系统一般通过建立稳定的干涉基线来保证干涉测量性能。增加干涉基线长度能够提高干涉制图的高程精度,但是会使两个天线之间的刚性程度减弱,不能保持稳定的干涉基线。为了保证柔性基线结构的双天线InSAR系统的干涉测量性能,需要在工作过程中对柔性基线进行动态精密测量,在后续干涉处理中补偿柔性基线对干涉性能的影响。采用摄影测量与激光测距结合的柔性基线测量方法,能够在飞行平台上实现基线的六自由度精确测量。由于摄影测量在视线方向的测量精度无法满足系统要求,所以需要引入激光测距对其进行补偿。基线视线方向测量精度是影响基线长度误差的关键因素之一。
论文围绕柔性长基线测量系统中激光测距存在的激光反射点位置模糊问题展开讨论和研究。主要工作包括以下4个部分:
1.论文对激光测距位置模糊问题进行了分析。在柔性基线测量系统中,天线抖动导致合作目标平面上的激光束反射点位置不断变化,给激光测距带来动态偏差,称为激光测距位置模糊问题。针对这个问题,论文建立了数学模型,分析了激光测距位置模糊对基线测量的影响,及其带来的测量误差对基线长度和基线角的影响。
2.论文针对激光测距位置模糊问题,提出了两种激光测距解模糊方法。基于反射点解算的解模糊方法通过求解激光反射点坐标来补偿测距偏差。论文在建立数学模型的基础上,对该方法的算法流程、主要误差因素、算法有效性进行了分析和仿真。基于Kalman滤波的解模糊方法利用Kalman滤波器的动态处理特性来实现基线视线向分量的高精度测量。论文建立了状态方程和观测方程,对该方法的算法流程、算法有效性进行了分析和仿真。
3.为了进一步提高解模糊精度,论文讨论了激光测距合作目标设计和结构参数标定方法。合作目标的配合与结构参数的标定是激光测距解模糊的前提和基础,论文分析了作为激光合作目标的角反射器阵列的反射特性、阵列尺寸及布阵方案,讨论了激光测距仪及合作目标的地面标定方法。
4.论文开展了地面验证实验。对提出的两种解模糊方法进行动态实验验证,分别考察了基线在平动、转动和六自由度抖动时解模糊方法的解算精度,并对实验结果进行了比较、分析。实验结果表明,基于激光反射点求解和Kalman滤波的激光测距解模糊方法能够有效补偿激光测距模糊产生的动态偏差,得到的基线视线向测量结果满足基线测量系统亚毫米的精度要求。
论文对柔性基线动态精密测量中的激光测距解模糊方法进行了系统性的研究和实验分析。研究表明,在单相机和激光测距组合的基线测量方法中,激光测距解模糊方法满足双天线InSAR系统对基线长度测量精度的要求,有效可行。